基于STM32的多適配型地下出入口裝置設計

潘鑫怡 林政輝 杜瑞廷 王張駿 張清珠

摘 要：針對停車難的問題，提出一種設想，設計出一款基于STM32多適配型的地下出入口裝置。該裝置通過STM32單片機驅動并控制玻璃鋼蓋板折疊來實現(xiàn)狹小空間內的翻轉折疊，將汽車安全穩(wěn)定地送入地下車庫，以自動化信息技術模擬停車過程，以綜合信息算法計算玻璃鋼蓋板所能達到的具體承重，并尋找最優(yōu)的翻折角度。所選用的玻璃鋼蓋板具有良好的采光和密封性能，可配合多種地下車庫在不同寬度道路上的建造，且占地面積小，防水效果較佳。該裝置能合理的利用空間資源，通過對地下出入口進行改造，能有效提升出入口進出的便捷度，緩解地面交通的壓力，同時也能夠優(yōu)化整體的環(huán)境。

關鍵詞：地下車庫;出入口裝置;多適配

1 緒論

隨著我國經濟的持續(xù)發(fā)展，“停車之痛”已成為城市通病，因停車問題引發(fā)的糾紛屢見不鮮[1]。無論在北上廣等超大型城市，還是山東、河南等中小型城市，甚至人口只有十幾萬、幾萬的縣城和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，都深受停車難的困擾?；谲囕v數(shù)量的增多和我國地面上停車面積有限，所以出現(xiàn)了車輛私自占據(jù)人行道、公路中央或兩旁停車的問題，導致城市道路堵塞、行人難走和交通難以管制。目前，我國一些街道寬度有限，原本擁堵的街道根本無法建設連接地上道路和地下車庫的出入口，使得地下車庫的建設很難實現(xiàn)，而且現(xiàn)在已有的一些簡陋的地下車庫采光性較差，易積水，造成內澇[2]。一些研究者也提出采用立體式車庫的模式去解決問題，但此類車庫上下車輛駛入駛出需要緩慢的升降系統(tǒng)運行，運行速度慢且升降受力不均，易出現(xiàn)卡殼，經常引發(fā)嚴重的立體式車庫坍塌事件。如圖1所示。

因此本文設計一款占地面積小的出入裝置，用來連接地下車庫，以配合不同寬度街道使用，從而解決停車難問題，同時也響應了“綠色交通、健康交通”的發(fā)展理念。

2 設計原則

（1）符合車庫的實際用途。地下車庫的出入口首先需要滿足人們停車入庫、用車出庫的基本需要，同時也要保障停車時車輛的安全，才可以在其基礎上發(fā)展其獨特的性能。

（2）滿足整體布局規(guī)劃。建筑工程是一個整體，地下車庫的出入口也是工程的一部分，在設計時需要充分考慮整個建筑的布局規(guī)劃和承重需求。因此，在出入口的設計中應該具有科學的經濟規(guī)劃意識，力求降低成本，做到安全條件下的利益最大化。

（3）節(jié)約能源。照明系統(tǒng)的節(jié)能設計是符合當今社會的發(fā)展主題，在各種資源日益匱乏的今天，任何產品和建筑的設計都必須考慮其資源利用效率。

3 設計內容

3.1 工作原理

該地下出入口裝置工作原理如如圖2所示。通過電機帶動絲桿轉動，絲桿帶動上面的螺母滑塊移動，兩絲桿之間有鋼化玻璃，中間有軸穿過螺母滑塊和鋼化玻璃，從而使鋼化玻璃翻轉，鋼化玻璃打開，汽車可以從兩絲桿之間開入地下車庫。

3.2 結構組成

地下出入口裝置由機械結構部分和控制檢測部分兩部分構成，如圖3所示，其中機械結構部分分為動力組件、傳動組件、執(zhí)行組件、輔助功能組件。本裝置以自動化信息技術模擬停車過程，以綜合信息算法計算玻璃鋼蓋板所能達到的具體承重并尋找最優(yōu)的翻折角度和最小占地面積。

（1）動力組件。由兩臺電機組成動力源，通過兩臺電機的同向轉動帶動兩排絲桿的轉動，繼而絲桿上的螺母滑塊開始做直線運動。該組件可實現(xiàn)動力的輸出。（2）傳動組件。螺母滑塊的直線運動，帶動其上的支撐塊前后移動，支撐塊內裝有軸承，傳動軸由軸承支撐，沿著絲桿直線運行，可以帶動執(zhí)行組件的運動。該組件實現(xiàn)動力的傳遞。（3）執(zhí)行組件。由單列數(shù)塊鋼化玻璃組成，鋼化玻璃之間的一側通過合頁鉸鏈連接，另一側通過軸連接。鋼化玻璃則由上下兩塊厚度不等的鋼化玻璃組成，內夾有機加工件負責鋼化玻璃上下的支撐、固定，同時部分機加工件內安裝有軸承，用于支撐傳動軸，帶動鋼化玻璃的翻轉。初始狀態(tài)時鋼化玻璃與水平面呈0度夾角，此時停車出入裝置處于關閉狀態(tài)，裝置上方可供行人或小轎車通過，方便地上交通;當電機輸出軸旋轉經過傳動組件使鋼化玻璃與水平面從0度角逐漸增大時，鋼化玻璃平穩(wěn)地折疊，停車出入裝置慢慢開啟，需停車車輛（已停車輛）可通過該裝置進入（駛出）地下車庫，且裝置上方此時暫時不可通過行人或車輛。該執(zhí)行組件實現(xiàn)了地下出入口裝置的開啟和關閉。（4）控制檢測部分。該部分主要為該裝置的安全及地上行人等的安全所設計，當裝置損壞或無故開啟或關閉時，裝置開啟臨時制動系統(tǒng)，裝置停止運行，并發(fā)出警報，通知盡快搶修裝置。

本裝置采用STM32嵌入式單片機進行控制。裝置在地面上及地下停車通道內均裝好控制按鍵。需停車輛的司機伸出手來觸碰裝置的控制按鍵，按鍵按下發(fā)出指令時，警笛提示裝置是否運行：超聲波傳感器檢測地上或地下行人、車輛離本裝置的距離，若距離過近，按鍵發(fā)出的指令經單片機處理延遲裝置的運行，確保行人、車輛的安全;若距離較遠，則裝置可直接開啟。同時裝有溫度傳感器，以防發(fā)生火災。

4 設計要點

4.1 電機的選擇

利用電機帶動絲桿旋轉，進而使螺母塊移動，推動玻璃鋼板的旋轉打開車庫大門，這里面的螺母塊推力、玻璃鋼板的摩擦力等是該項目的關鍵技術問題，選擇合適的電機和軸承是該關鍵技術的保障。

4.2 選材關鍵

玻璃鋼蓋板所采用的玻璃鋼具有很好的抗壓、抗彎曲性能，同時玻璃鋼蓋板具有良好的采光性能和密封性能。而且玻璃鋼經濟、耐用、絕緣、成本低、適配性強，可以順利的完成鋼化玻璃與支板之間的連接，各支板之間采用鉸接連接，所以使得支板與支板間可以翻轉堆合，隨后推動使之移位，最終才能順利開啟玻璃鋼蓋板。

4.3 玻璃鋼蓋板之間的連接方式

該裝置在閉合時會有車輛從其上面通過，因此需要合理設計蓋板面積大小、蓋板與蓋板間的連接方式以及蓋板的厚度，因此保障裝置的承受能力是關鍵問題之一。一般寬度不超過2m，長度不超過4m，高度為20mm。

4.4 控制檢測部分的設計

由按鍵和傳感器感受信號，通過按按鍵，將電信號傳遞給單片機，單片機分析并處理信號，控制電機驅動，實現(xiàn)裝置的運行。傳感器檢測信號，轉化成電信號傳輸給單片機，經過單片機分析是否需要采取電機制動，實現(xiàn)裝置的急停制動功能并報警。

5 系統(tǒng)模塊規(guī)劃

本出入裝置設想將運用于兩種系統(tǒng)當中：第一種是道路停車系統(tǒng)，該部分是為汽車在外需要公共區(qū)域提車的服務，設計的系統(tǒng)主要解決城市繁華地帶較狹窄的主干道路、商場、廣場、菜市場等區(qū)域的公共停車問題。該系統(tǒng)的設計避免了城市繁華區(qū)域非機動車和機動車輛互搶地上車位、車輛無處停車的問題，實現(xiàn)了車輛外出有車位可停的目標。第二種是小區(qū)停車系統(tǒng)，該部分是為現(xiàn)代型小區(qū)車輛停車及暫時停車的服務所設計的系統(tǒng)，主要解決小區(qū)車輛臨時停車、長時間停車以及小區(qū)道路舒暢美觀的問題。該系統(tǒng)的設計為小區(qū)爭取了一定的空間來設計綠化植被，使小區(qū)更加美觀、整潔，方便臨時車輛和內部車輛的停放，同時集中加強了小區(qū)大門的安保力量。

6 結論

隨著人們生活水平的日益提高，城市經濟在快速發(fā)展，城市人口密度與交通工具有連續(xù)增長的趨勢。私家車數(shù)量越來越龐大，而停車位數(shù)量有限，因此本項目提出的設想具有一定的現(xiàn)實意義。后期可以通過調查汽車從地面駛入不同的地下車庫及駛出地面的全過程，并將其過程進行動態(tài)分析，為本項目的實施提供了相關數(shù)據(jù)，從而對本項目的設計方案進行進一步的優(yōu)化設計。

參考文獻：

[1]王躍.城市停車難問題的解決思路[J].城市道橋與防洪，2007，（08）：25-27+202.

[2]劉琦，提姍姍，盧乾.地下車庫天然采光優(yōu)化設計策略研究[J].節(jié)能技術，2017，35（02）：162-166.